Circuiti di ingresso differenziali

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1 rcut d ngresso dfferenzal - rcut d ngresso dfferenzal - Il rfermento per potenzal Gl stad sngle-ended e dfferenzal I segnal elettrc prodott da trasduttor, oppure preleat da un crcuto o da un apparato elettrco, engono applcat a un sstema d msura sotto forma d una tensone, dunque una dfferenza d potenzale fra due punt. L applcazone del segnale al sstema elettronco d msura rchede d consderare la modaltà d rfermento per potenzal, sa per quanto rguarda gl stad d ngresso del sstema d msura sa per quanto rguarda l generatore equalente del segnale da msurare. Normalmente crcut d ngresso de sstem elettronc d msura presentano un amplfcatore (coè un crcuto atto) per l quale è necessaro stablre e ndduare un punto comune (common) al quale rferre potenzal d molt altr punt: tpcamente a questo punto comune sono rferte le tenson d polarzzazone dell amplfcatore, la tensone d uscta e spesso la tensone n ngresso. Per quanto rguarda nece l segnale da msurare, non sempre è possble portare uno de suo morsett al potenzale d rfermento (common) degl stad d ngresso del sstema d msura. Per charre questo punto, n Fg.. è rportato l caso d un generatore equalente d segnale ( s s ) applcato a uno stado amplfcatore su morsett H ed L (Hgh e Low), fra qual è presente la resstenza d ngresso n. In questo schema l generatore d segnale, l ngresso dell amplfcatore e l uscta ( ) dell amplfcatore sono rfert allo stesso punto comune. Questa confgurazone è detta sngle-ended (tenson rferte a un unco punto). altra parte, n molt cas pratc l segnale d msura rsulta flottante, coè la tensone del segnale d nteresse non è rferta al punto comune, e noltre nessuno de due morsett del generatore d segnale può essere collegato al common dell amplfcatore, per mot d funzonamento del crcuto. In tal cas, gl stad amplfcator d tpo sngle-ended non sono utlzzabl e bsogna rcorrere a confgurazon apposte (ed la Fg..B) d tpo dfferenzale. Fg.. - Modaltà per applcare un segnale a uno strumento d msura. ) sngle-ended. B) dfferenzale. 0 Msure Elettrche ed Elettronche

2 rcut d ngresso dfferenzal - - L amplfcatore per strumentazone mplfcatore dfferenzale Lo scopo d un amplfcatore dfferenzale è quello d accettare n ngresso segnal flottant e d amplfcare soltanto la dfferenza d potenzale fra due punt, anche se nessuno d ess è l punto comune del sstema. a un punto d sta generale (ed la Fg..) s possono consderare due morsett d un generatore flottante come portator rspettamente della tensone e della tensone, rferte al punto comune. a questo schema, attraerso le tenson e s possono defnre la tensone dfferenzale e la tensone d modo comune nel seguente modo (Fg..B): tensone dfferenzale : tensone d modo comune : (.) La tensone dfferenzale è quella che s ntende amplfcare, con un certo guadagno. La tensone d modo comune è quella presente su entramb gl ngress dell amplfcatore, che s orrebbe non desse alcun contrbuto sull uscta. In pratca spesso s può troare n uscta una tracca della tensone d modo comune, con guadagno. Fg.. - mplfcatore dfferenzale: tensone dfferenzale e d modo comune. Per charre questo fatto due segnal n ngresso possono esprmers nella forma: (.) Questa scomposzone è utle per applcare l prncpo d sorapposzone degl effett, consderando contrbut sull uscta d separatamente agl ngress e e tenendo conto del noto funzonamento degl operazonal deal (ed Fg..). Fg.. - Schema per la sorapposzone degl effett d e. 0 Msure Elettrche ed Elettronche

3 rcut d ngresso dfferenzal - 0 Msure Elettrche ed Elettronche Nel caso d Fg.., consderando solo la presenza d, s ha: (.) Nel caso d Fg..B, consderando solo la presenza d, la tensone sul morsetto non nertente (+) rsulta p e qund s ha: p (.) In defnta, ntroducendo guadagn e con cu le tenson n ngresso e s presentano sull uscta, la tensone complessa n uscta è: e posto: (.5) Se ora s esprmono le tenson n ngresso e n funzone delle component d modo comune e dfferenzale s ottene: ) ( ) ( (.6) I guadagn d modo comune e dfferenzale rsultano allora: 0 0 (.7) a tal espresson s deduce che la condzone per un comportamento rgorosamente dfferenzale, caratterzzato da un guadagno nullo per l modo comune ( =0), è: ( ) (.8) Se ene realzzata la condzone precedente su rapport fra le derse resstenze, ene amplfcata solo la dfferenza fra segnal n ngresso, mentre nessun contrbuto della tensone d modo comune è presente sull uscta. In pratca può rsultare dffcle soddsfare esattamente la condzone precedente su rapport fra le resstenze, a causa delle netabl tolleranze su alor delle resstenze e d numeros altr fattor. La caratterstca d amplfcare l modo dfferenzale e d escludere l modo comune è detta reezone del modo comune ed è quantfcata medante l rapporto fra modul del guadagno dfferenzale e d quello d modo comune (ommon Mode ejecton ato, M), spesso espresso n db (ommon Mode ejecton, M): db M M log 0 (.9)

4 rcut d ngresso dfferenzal - mplfcatore per strumentazone L amplfcatore per strumentazone è essenzalmente costtuto da due stad non nertent (OP e OP), montat secondo una struttura blancata (Fg..), segut da un amplfcatore dfferenzale (OP). Fg.. - mplfcatore per strumentazone. Per l anals del dsposto s osser che, se gl amplfcator operazonal OP e OP hanno un comportamento deale, esste un corto crcuto rtuale a loro ngress. Pertanto la corrente nella resstenza g rsulta: f f (.0) g Le tenson n uscta da OP e OP sono applcate allo stado dfferenzale successo, contenente l amplfcatore OP: g o ( g ) ( ) ( ) (.) g g o La tensone n uscta da OP, se le resstenze ed sono perfettamente blancate, n modo da rspettare la condzone (.8), rsulta n defnta: ( ) (.) g Il guadagno dfferenzale può così essere stablto agendo su una sola resstenza ( g ). In molt cas tale resstenza può essere arata n modo programmable (PGI, Programmable Gan Instrumentaton mplfer). La resstenza d ngresso per entramb canal e è partcolarmente eleata (n teora nfntamente grande). Il dsposto è d norma dsponble su crcuto ntegrato e cò lmta noteolmente le dere de a fenomen termc e consente d ottenere, con opportune tecnologe costrutte, un accurato alore degl element resst ntern. guardo al funzonamento dell amplfcatore per strumentazone, s not ancora che, se consderamo una tensone d modo comune n ngresso, coè se rsulta = =, allora, per effetto del corto crcuto rtuale n ngresso, do alla presenza della controreazone, anche l morsetto non nertente d entramb gl operazonal OP e OP, che costtuscono lo 0 Msure Elettrche ed Elettronche

5 rcut d ngresso dfferenzal - 5 stado d ngresso smmetrco, presenta la tensone d modo comune. llora non crcola corrente nella resstenza g e qund neppure nelle resstenze d reazone. Pertanto le uscte degl operazonal OP e OP rsultano o = e o =, e quest s comportano, ne rguard del modo comune, come degl nsegutor d tensone. a queste consderazon consegue che la facoltà d reezone del modo comune è completamente affdata al successo stado dfferenzale e alla sua corretta realzzazone. 0 Msure Elettrche ed Elettronche

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